Еволюція фенотипів бронхіальної астми: від Th2-типів до «омік»-технологій


Бронхіальна астма (БА) – це серйозна глобальна проблема охорони здоров’я, яка зачіпає всі вікові групи. Її поширеність зростає у багатьох країнах світу, особливо серед дітей. Незважаючи на те, що деякі країни зафіксували зниження кількості випадків госпіталізації та смерті від БА, вона все ще створює неприйнятний тягар для суспільства через втрату продуктивності на робочому місці у працездатних пацієнтів та порушення в сім’ях, особливо у котрих є діти з цим захворюванням [10].

БА є однією з найпоширеніших патологій серед дорослих. Вважається, що в світі кількість пацієнтів з астмою становить близько 300 млн, а в Європі – майже 30 млн [15]. Надзвичайно висока кількість дітей з тяжкою БА зафіксована в США та Європі. Найвищі показники захворюваності серед дорослих відзначено у Німеччині, Франції, Швеції, Португалії та Італії [14]. Щороку близько 250 тис. хворих передчасно вмирають від цього захворювання [15]. Рівень смертності широко коливається у різних вікових групах та географічних регіонах. У 2010 р. найвищий показник смертності від БА був зареєстрований в Океанії, Південно-Східній Азії та Північній Африці, тоді як в усьому світі цей показник становив 13 і 9 смертей на 100 тис. осіб серед чоловіків та жінок відповідно [14]. Отже, ця респіраторна хвороба є важливою медичною, соціальною та економічною проблемою [15].

Протягом останніх трьох десятиліть лікувальні стратегії БА були сфокусовані на застосуванні протизапальних та бронхорозширювальних засобів [33]. Інгаляційні глюкокортикостероїди (ГКС) у монорежимі або в складі комбінованої терапії використовують мільйони пацієнтів з БА, але приблизно третина хворих не отримує ефекту від такого лікування [22]. Саме вони становлять популяцію пацієнтів з тяжкою БА, яка резистентна до традиційної терапії. В даний час лікування такої БА зосереджується на адаптації до особливих фенотипів, що зумовлені певними ендотипами.

Фенотип пацієнта означає сукупність певних властивостей організму, які утворюються внаслідок специфічної взаємодії між генами пацієнта та довкіллям. Кожен фенотип можна розділити на підтипи, які визначаються різними функціональними або патофізіологічними механізмами. Останні мають назву «ендотипи» [8, 22]. Деякі з цих механізмів охоплюють запалення дихальних шляхів, збільшену продукцію слизу, хронічну бронхіальну обструкцію, а також гіперреактивність гладенької мускулатури дихальних шляхів. Поряд з цими клінічними характеристиками певну роль у класифікації специфічних фенотипів відіграють також молекулярні, клітинні та структурні елементи [33]. Не існує міжнародного консенсусу щодо розподілу БА на специфічні фенотипи [12], тому запропоновано багато різних підходів для їх виділення, але основними з цих підходів є два – оцінка клініко-біологічних параметрів і кластерний аналіз.

Перший метод використовується досить давно і визначає клінічні, етіологічні та біологічні фенотипи БА. Наприклад, біологічні фенотипи відображають тип запалення дихальних шляхів – еозинофільний, нейтрофільний чи низькогранулоцитарний [2].

Запальний процес, у якому беруть участь Т-хелпери 2-го (Th2) типу, опосередковується інтерлейкіном-4 (ІЛ-4), ІЛ-5 та ІЛ-13, що виділяються з лімфоцитів, базофілів та опасистих клітин. Ступінь вираження такого запалення може допомогти відрізнити молекулярну основу фенотипу БА. Залежно від цього виділяють два типи: Th2-високий і Th2-низький [5]. Ці два типи захворювання демонстрували суттєві відмінності в кількості еозинофілів у дихальних шляхах та крові, концентрації сироваткового імуноглобуліну (Ig) E й експресії ІЛ-5 та ІЛ-13 [24, 33].

Історично БА завжди вважалася хворобою, яка розвивається за Th2-типом і пов’язана з атопією й еозинофільним запаленням і, отже, реагує на ГКС. Більшість пацієнтів вписуються в цей загальний контекст, але БА – це неоднорідна група, яка варіюється від алергійної форми до аспіриніндукованої астми й форми, зумовленої фізичним навантаженням.

При прогресуванні захворювання імунозапальний фон посилюється й, очевидно, в процес залучаються певні додаткові імунні механізми, що виходять за рамки вихідного Th2-шляху. Це призводить до тяжчого перебігу та зниження чутливості до ГКС. Відома низка біо­маркерів, які пов’язані з Th2-типом запалення, але деякі з них досі лишаються не до кінця зрозумілими. Крім того, слід продовжувати пошук нових біомаркерів, на основі яких можна буде запропонувати спеціально розроблену індивідуальну терапію кожному пацієнту з БА [6].

Рис. 1. Аспекти фенотипів БА (адаптовано за Dе Ferrari L. et al., 2015 [8])

 

Рис. 1. Аспекти фенотипів БА (адаптовано за Dе Ferrari L. et al., 2015 [8])

Th2-низький тип БА зазвичай визначається відсутністю чіткого Th2-запалення, оскільки важливішу роль відіграють інші фактори (наприклад, Th1- і Th17-шляхи активації імунітету, нейтрофільне запалення, активація опасистих клітин, гіперреактивність гладенької мускулатури, інфекції та оксидативний стрес). Th2-низький тип БА, ймовірно, охоплює усіх тяжких астматичних пацієнтів, а відсутність ефективності Th2-цільових методів лікування, в тому числі ГКС, підтверджує існування фенотипів, які не характеризуються Th2-шляхом. Оскільки фенотипи, включені до цієї групи, недостатньо чітко визначені, необхідні детальні дослідження для ідентифікації нових фенотипів, специфічних біомаркерів та клінічних/патологічних ознак [8].

Згідно з таким поділом, до Th2-високого типу БА належать алергійний фенотип з раннім дебютом та еозинофільний фенотип з пізнім дебютом, а до Th2-низького типу – нейтрофільний і пов’язаний з ожирінням (рис. 1).

Алергійна астма з раннім дебютом

На цю групу припадає приблизно 40-50% усіх тяжких випадків БА, і сюди належать пацієнти, в яких захворювання розвинулося в дитинстві (часто в шкільному віці). Ці пацієнти мають атопію, запалення Th2-типу, високий рівень загального IgE, полісенсибілізацію, часто сімейний анамнез обтяжений за атопією. Зазвичай терапія ГКС може пригнічувати Th2-цитокіни та спричинене ними запалення, але не завжди лікування ефективне. Більш доцільним буде лікування молекулами, які вибірково орієнтовані проти компонентів Th2-шляху. Як біомаркери Th2-асоційованої БА було запропоновано високі рівні оксиду азоту (NO) у видихуваному повітрі, еозинофілів у мокротинні та зростання концентрації періостину в дихальних шляхах. Ці ознаки можуть використовуватися для ідентифікації пацієнтів, які чутливі до ІЛ-4/ІЛ-13-цільової терапії. Періостин вказує на підгрупу середньотяжких і тяжких форм захворювання з легеневою еозинофілією, які реагують на терапію моноклональним антитілом, спрямованим проти ІЛ-13 (лебрикізумаб). Piper E. et al. (2013) нещодавно оцінили ще одне антитіло проти ІЛ-13 (тралокінумаб). У цьому дослідженні показано, що лише пацієнти з рівнем ІЛ-13 у мокротинні більше ніж 10 нг/мл добре відреагували на цей препарат [29]. Наявність високих рівнів IgE робить таких хворих ідеальною мішенню для лікування анти-IgE (омалізумаб), однак наявні дані свідчать про скромну ефективність такої терапії при тяжкій БА з високим IgE [6].

Нещодавно HananiaN. A. et al. (2013) описали ретроспективний аналіз лікування омалізумабом з використанням біомаркерів Th2-типу запалення – періостину, NO у видихуваному повітрі та еозинофілів крові. Автори розділили пацієнтів з БА на дві групи: з високим та низьким значенням біомаркерів. Група з високим їх рівнем краще відреагувала на терапію омалізумабом, ніж група з низьким рівнем [11].

Також колектив авторів продемонстрував, що експресія галектину-3 у біопсійному матеріалі бронхів у пацієнтів з тяжкою астмою може бути використана для прогнозування ремоделювання дихальних шляхів після лікування омалізумабом [23]. У 12-тижневому дослідженні Corren J. et al. (2010) не вдалося продемонструвати суттєву ефективність антитіла до рецептора ІЛ-4Rα у пацієнтів з тяжкою БА [7]. Моноклональні антитіла до ІЛ-5 знизили рівень еозинофілів крові, але не показали значної ефективності у цих пацієнтів, що свідчить про більш важливу роль інших запальних компонентів, аніж еозинофілів. Додаткові дослідження, безсумнівно, покращать наші знання патологічних механізмів, які беруть участь у цьому фенотипі, й сприятимуть кращому прогнозуванню ступеня реакції на терапію [6].

Еозинофільна астма з пізнім дебютом

Цей фенотип становить більш гетерогенну та менш чітко визначену групу пацієнтів і охоплює приблизно 25% хворих з тяжкою БА. У них спостерігається стійка еозинофілія в крові та легенях, незважаючи на лікування інгаляційними та оральними ГКС. Еозинофільна астма з пізнім дебютом є тяжкою в момент настання й іноді пов’язана з хронічним синуситом та носовими поліпами без чіткого анамнезу атопії. Більшість пацієнтів характеризуються вираженим Th2-типом запалення зі зростанням рівня NO у видихуваному повітрі, періостину, еотаксинів, 15-ліпоксигенази-1 та 15-гідроксиейкозатетраєнової кислоти. У цьому фенотипі стійка еозинофілія свідчить про рефрактерність до ГКС, а їх високі системні дози здатні подолати цю рефрактерність. Цей фенотип БА пов’язується з кращою відповіддю на Th2-цільову терапію, ніж рання алергійна астма, а наявність еозинофільного запалення в крові або мокротинні дає змогу виявити пацієнтів, які чутливі до селективної антиеозинофільної терапії, у тому числі анти-ІЛ-5.

ІЛ-5 є повністю селективним, він бере участь у поповненні, дозріванні та активації еозинофілів, і тому є оптимальною мішенню для лікування. У цих хворих моноклональні антитіла до ІЛ-5 (меполізумаб) пригнічували загострення, давали змогу відмінити системні ГКС та поліпшували функцію легень. Інші анти-ІЛ-5 моноклональні антитіла (реслізумаб) покращували функцію дихальних шляхів порівняно з плацебо. Нарешті, Wenzel S. et al. (2007) з’ясували, що ІЛ-4Rα-блокатор (пітракінра) був значно кращим у пригніченні загострення порівняно з плацебо [34]. Пітракінра – це рекомбінантний білок з подвійним інгібуючим впливом на ІЛ-4 та ІЛ-13. Людське моноклональне антитіло до ІЛ-4Rα (дупілумаб) пов’язують з менш вираженим загостренням БА та покращенням функції легень у пацієнтів із середньотяжкою та тяжкою формами захворювання з підвищеним рівнем еозинофілів [6].

Астма, пов’язана з ожирінням

Ці пацієнти найчастіше зустрічаються серед жінок з тяжким перебігом захворювання, незважаючи на помірно збережену функцію легень. Пацієнти зазвичай мають високий індекс маси тіла, дебют захворювання на п’ятому десятилітті чи пізніше та рідше обтяжений алергологічний анамнез. Стан ожиріння асоціюється з генералізованим запальним станом з підвищеною експресією фактора некрозу пухлин-α (ФНП-α), ІЛ-6 та лептину. Астма, пов’язана з ожирінням, зазвичай менш чутлива до інгаляційної терапії ГКС, ніж алергійна астма. Не до кінця зрозуміло, чи недостатня реакція на ГКС зумовлена додатковими імунними шляхами. Вчені зафіксували покращення клінічних симптомів, якості життя та гіперчутливості бронхів у групі неалергійних, з ожирінням та пізнім дебютом пацієнтів після зниження їх маси тіла [5].

Нейтрофільна астма

Кілька авторів виявили збільшення кількості нейтрофілів у мокротинні, рідині з бронхоальвеолярного лаважу та тканинній біопсії від пацієнтів з дебютом у дорослому віці, з вираженою обструкцією, з високою дозою ГКС-терапії та іноді зі значним минулим/поточним палінням тютюну. Нейтрофілія може співіснувати з еозинофілією. Однак визначити специфічну роль нейтрофілів у патогенезі БА важко, тому що нейтрофільне запалення також може бути результатом супутніх захворювань або бути вторинним по відношенню до інгібуючого ефекту ГКС на апоптоз цих клітин. Аналіз експресії генів, отриманих з клітин у мокротинні, виявив підвищену експресію ФНП-α і концентрацію ІЛ-1 у пацієнтів з нейтрофільною астмою, хоча терапія анти-ФНП-α не мала суттєвого значення. Підвищена експресія α-дефенсинів та нейтрофільних протеаз також була виявлена в периферійній крові цих пацієнтів. Крім того, наявність нейтрофілів була пов’язана з підвищеними рівнями матриксної металопротеїнази-9 у рідині бронхоальвеолярного лаважу та тканинах, і ці високі концентрації не зменшувалися при лікуванні ГКС. У даний час є мало нейтрофільних астма-орієнтованих препаратів. Макролідні антибіотики мають антинейтрофільну активність, і останнім часом показано, що антагоніст рецептора хемокіну CXC зменшує кількість нейтрофілів у мокротинні при тяжкому перебігу БА [8].

Рис. 2. Фенотипи БА, сформовані за допомогою кластерного аналізу (адаптовано за Bostantzoglou C. et al., 2015 [3]; Kane B. et al., 2015 [12])

 

Рис. 2. Фенотипи БА, сформовані за допомогою кластерного аналізу (адаптовано за Bostantzoglou C. et al., 2015 [3]; Kane B. et al., 2015 [12])

Але перший підхід до поділу на фенотипи має певні мінуси – тут зазвичай враховується лише одна ознака: тип запалення, вік дебюту захворювання або тяжкість патології. Таким чином, в одного хворого можна визначити декілька фенотипів, що обумовлює труднощі у виборі лікування. Більш об’єктивним методом ідентифікації фенотипів БА є кластерний аналіз (рис. 2).

Цей статистичний метод полягає у розділенні великої сукупності об’єктів на більш-менш однорідні групи (кластери). Тут враховується велика кількість параметрів, за якими оцінюють об’єкти у досить великій вибірці. Завдяки цьому вказаний підхід має перевагу, хоча він також не є ідеальним, оскільки вибір параметрів для включення у цей метод все одно лишається за авторами [2]. Кластерний аналіз дав змогу виділити 5 фенотипів [33].

Кластери поділяють на три категорії залежно від того, наскільки симптоми є пропорційними до запалення дихальних шляхів. Лікувальна стратегія пропонується залежно від рівня узгодженості цих параметрів. Захворювання вважається конкордантним (узгодженим), коли симптоми та інтенсивність запалення зростають паралельно. Проте деякі пацієнти мають дискордантне захворювання, наприклад, надмірно виражене запалення, яке потребує високих доз інгаляційних ГКС, і водночас небагато симптомів, які потребують незначної бронходилатації. Зате інші хворі мають виражену симптоматику й незначне запалення, тому потребують вираженішого бронхорозширення, але низьких доз інгаляційних ГКС [3, 12].

Рис. 3. Відкриття біомаркерів та перехід до персоніфікованої медицини (адаптовано за Dе Ferrari L. et al., 2015 [8])

 

Рис. 3. Відкриття біомаркерів та перехід до персоніфікованої медицини (адаптовано за Dе Ferrari L. et al., 2015 [8])

Для того щоб віднести хворого до певного кластеру, вибрати відповідну схему терапії й адекватні дози препаратів, слід враховувати не лише клінічні, а й біологічні ознаки. З цією метою все частіше використовують біомаркери БА [6]. Відкриття цих показників сприяє еволюції фенотипів та поступовому переходу до персоніфікованої медицини (рис. 3).

Серед біомаркерів найпоширенішими є вміст оксиду азоту у видихуваному повітрі, визначення клітин запалення (еозинофілів та нейтрофілів) у мокротинні, кількість еозинофілів та IgE у сироватці крові. Перспективним методом оцінки гетерогенності БА є фінгерпринтинг (генетична дактилоскопія) – створення генетичних «відбитків пальців», що базується на аналізі поліморфізму ДНК [2].

У світі існує структура GINA (Global Initiative for Asthma – Глобальна ініціатива з бронхіальної астми), яка об’єднує експертів з усього світу, що займаються вивченням найновіших тенденцій у веденні хворих на БА [18]. Метою їх роботи є розробка принципів лікування пацієнтів з БА та інформування населення. Лікарі та науковці з усього світу пильно стежать за щорічними звітами цієї структури [1]. Згідно з керівництвом GINA, у новому визначенні БА наголошується на гетерогенній природі цієї патології, а в клінічну практику все активніше впроваджується поняття фенотипу БА, яке необхідно враховувати при виборі схеми лікування [1, 2, 27]. Зокрема, в останньому звіті GINA-2018 виділено 5 фенотипів:

• алергійна БА: фенотип, який найлегше розпізнається; зазвичай розпочинається в дитинстві та пов’язаний з наявністю інших алергійних захворювань (атопічний дерматит, харчова алергія, алергійний риніт) у пацієнта або його родичів. Для нього характерне еозинофільне запалення дихальних шляхів. Пацієнти з цим фенотипом переважно добре відповідають на терапію інгаляційними ГКС;
• неалергійна БА: цей фенотип зустрічається у дорослих, не пов’язаний з алергією. Клітинний профіль мокротиння у цих пацієнтів може бути нейтрофільним, еозинофільним або містити лише незначну кількість запальних клітин (низькогранулоцитарний). Пацієнти з цим фенотипом у рідкісних випадках добре відповідають на терапію інгаляційними ГКС;
• БА з пізнім дебютом: у деяких хворих, особливо жінок, захворювання вперше розвивається вже в дорослому віці. Ці пацієнти часто не мають алергії та зазвичай потребують вищих доз інгаляційних ГКС або є відносно рефрактерними до ГКС;
• БА з фіксованою обструкцією дихальних шляхів: у деяких пацієнтів з тривалим анамнезом БА розвивається фіксована обструкція дихальних шляхів, яка, ймовірно, формується внаслідок ремоделювання бронхіальної стінки;
• БА у пацієнтів з ожирінням: хворі з ожирінням та БА часто мають виражені респіраторні симптоми, не пов’язані з еозинофільним запаленням [10].

Рис. 4. Традиційний і персоніфікований підходи до ведення БА (адаптовано за Katial R.K. et al., 2017 [13])

 

Рис. 4. Традиційний і персоніфікований підходи до ведення БА (адаптовано за Katial R.K. et al., 2017 [13])

Більш детальне дослідження біомаркерів при певних фенотипах може допомогти клініцистам визначити найкращий підхід до лікування та очікувану відповідь на нього. Вважається, що «персоніфікована медицина» буде більш корисною та, можливо, більш рентабельною, ніж сучасний діагностичний та клінічний підхід (рис. 4). Персоніфікований підхід до ведення БА зможе забезпечити призначення індивідуальної терапії кожному конкретному пацієнту. Співпраця академічних, дослідницьких та фармацевтичних структур може постачати нові ресурси для пошуку нових фенотипів тяжкої БА та пов’язаних з ними біомаркерів [8].

Останніми роками увага багатьох вчених зосереджена на нових технологіях, що коротко називаються «оміки». Суфікс «ома» походить від слова «хромосома».

«Оміки» є неологізмом (новостворене слово), який визначає нову глобальну точку зору молекулярної біології, яка характеризує основних учасників біохімічних процесів і їх функціональну активність [9].

«Омік»-підходи, як передбачається, допоможуть персоніфікованій медицині визначати біомаркери та правильно підбирати терапію для відповідного клінічного фенотипу. Додаткова їх цінність особливо проявляється у дослідженнях тяжкої БА, спрямованих на виявлення нових її ендотипів [32].

Загалом, «омік»-підходи забезпечують об’єктивні результати, що дають змогу краще зрозуміти патофізіологію БА та розробити підходи до «точної медицини». На противагу більш загальному, але такому, що досі застосовується, підходу «один розмір підходить для всіх», «точна медицина» розглядає спеціально цілеспрямовану терапію, яка грунтується на специфічних біологічних профілях, а також середовищі проживання та способі життя пацієнта [9].

Рис. 5. Підхід від «омік»-технологій до «точної медицини» (адаптовано за Scelfo C. et al., 2018 [32])

 

Рис. 5. Підхід від «омік»-технологій до «точної медицини» (адаптовано за Scelfo C. et al., 2018 [32])

Сьогодні «омік»-підходи охоплюють геноміку, епігеноміку, транскриптоміку, протеоміку та метаболоміку (рис. 5).

Геноміка– це галузь генетики, яка вивчає послідовність та аналіз геному організму (походить від терміну «геном» – сукупність всієї спадкової генетичної інформації організму, тобто всіх генів) [9].

Встановлено, що різні гени асоціюються з різною тяжкістю БА. Загальні дослідження асоціацій з цілим геномом сприяли виявленню декількох локусів (ділянок) з підвищеним ризиком БА [32]. Дотепер було проведено кілька досліджень, що намагалися пов’язати це захворювання з певними частинами геному, використовуючи велику кількість визначень однонуклеотидного поліморфізму [9]. Також описано кореляційні зв’язки між генами HLA ІІ класу та різними фенотипами БА. Зокрема, HLA-DRB1 асоціюється з алергійною астмою, HLA-DQB1 – з професійною астмою, HLA-DPB1 – з аспіриновою астмою [16].

Одним з найважливіших застосувань результатів дослідження геномних асоціацій при тяжкій БА є фармакогеноміка. Ця наука вивчає різні генетичні варіанти, що впливають на лікувальну реакцію певних видів терапії при БА. В цьому напрямі вже успішно виконані деякі дослідження [9]. Їхні результати дали змогу припустити, що може існувати специфічний генетичний механізм, який регулює реакцію дітей на інгаляційні ГКС, якого немає у дорослих [27]. Також досліджували варіанти певних генів та їхній вплив на лікування β2-агоністами короткої і тривалої дії та модифікаторами лейкотрієнів, однак так і не було знайдено виражених фармакогенетичних маркерів, які би дали можливість досягти клінічної значущості [9].

Епігеноміка– це наука, що вивчає всі епігенетичні зміни в клітині, у фенотипі (зовнішньому вигляді) або експресії генів, що зумовлені іншими механізмами, ніж зміна послідовності нуклеотидів у ДНК (походить від терміну «епі» – над, вище; «епігеном» – сукупність усіх трансформацій, що керують зчитуванням ДНК, не змінюючи при цьому її послідовності; бере участь у регуляції експресії генів) [32].

Епігенетичні механізми охоплюють метилювання ДНК, модифікації гістонів та низку інших. Вони можуть контролювати експресію генів, діючи на структуру ДНК та наступну регуляцію. Набір модифікацій метилювання нуклеїнових кислот у геномі організму відомий як метилом [9]. Епігенетичні механізми регулюють кілька генів, що пов’язані з БА (гени інтерферону-γ (ІФН-γ), ІЛ-4, ІЛ-13, ІЛ-17 та ін.) [20]. Результати іншого дослідження у пацієнтів з БА свідчать про можливу роль метилювання ДНК у регулюванні продукції оксиду азоту у видихуваному повітрі [4].

Епігенетична асоціація між рівнями сироваткового IgE та метилюванням у різних локусах ДНК лейкоцитів периферійної крові продемонструвала, що гени цих локусів кодують певні еозинофільні продукти. Цей результат вказує на те, що метилювання значно відрізнялося в еозинофілах пацієнтів з високим рівнем IgE та БА і без неї [19].

Транскриптоміка– це наука, що досліджує повний набір молекул РНК, які виробляються геномом організму (походить від терміну «транскриптом» – повний набір молекул РНК конкретної клітини чи тканини в даний момент часу) [9].

U-BIOPRED група (проект, що досліджує об’єктивні біомаркери для прогнозування результатів захворювань органів дихання) використала транскриптоміку крові, в результаті чого було виявлено близько 1700 генів, що диференційовано експресуються у дорослих пацієнтів з БА порівняно з контролем, причому найбільш виражено – при тяжкій формі захворювання. Проте вони не змогли узгодити ці транскриптомні зміни з будь-яким специфічним клінічним кластером, підкресливши наше неповне розуміння БА [17]. Транскриптомні дослідження проводилися і на зразках бронхіального епітелію та мокротиння, в результаті чого було зафіксовано певні кореляційні зв’язки з окремими підтипами БА, однак ці висновки потребують детальнішого вивчення [9].

Особливу зацікавленість викликає циркулююча мікроРНК [32]. МікроРНК – це некодуючі молекули РНК, які регулюють експресію генів на посттранскрипційному рівні. Вони беруть участь у всіх найважливіших функціях клітини, в тому числі в контролі над запальним процесом [9]. Цей показник може бути неінвазивним біомаркером, що є корисним для діагностики та характеристики БА. Група вчених вивчала експресію мікроРНК у крові хворих на БА порівняно з пацієнтами без неї. Їх результати показали підгрупу циркулюючої мікроРНК (miR-125b, miR-16, miR-299-5p, miR-126, miR-206 та miR-133b), яка була виражена в пацієнтів з алергійним ринітом та БА [26]. Значення нової мікроРНК-технології полягає в легкому відборі зразків, що супроводжується найнижчим можливим ризиком для пацієнта, та дешево відтворюваній методиці кількісного визначення рівня РНК у крові [32].

Протеоміка– це наука, що ідентифікує та кількісно визначає білковий склад біологічної системи (клітини, тканини, органа, біологічної рідини або організму) (походить від терміну «протеом» – сукупність усіх білків, що утворилися в результаті діяльності певної біологічної системи) [9].

В даний час література містить кілька прикладів виявлення білків, що залучаються до запальних механізмів БА. Вони переважно виділялися за допомогою мас-спектрометрії [32]. Протеомний аналіз проводився у зразках бронхоальвеолярної лаважної рідини, бронхіальних біопсій та мокротиння [9]. Так, велике дослідження, що диференціювало тяжкість БА, базувалося на гранулоцитарному запаленні в мокротинні. Пацієнти були розділені на кілька груп: < 2% або > 2% еозинофілів та < 40% або > 40% нейтрофілів. Завдяки методиці мікрочіпування було встановлено різні запальні білки у цих групах [25].

Протеомний профіль вивчався також у бронхіальних біоптатах після 36 міс лікування у пацієнтів, розділених на два фенотипи: ті, що зреагували на терапію омалізумабом (OR), та ті, що на неї не зреагували (NOR). Базову експресію галектину-3 було виявлено в ОR пацієнтів, але не зафіксовано в NOR. Виявлення галектину-3 було пов’язане з покращенням респіраторної функції в ОR пацієнтів, та його можна розглядати як потенційний біомаркер довгострокової відповіді на омалізумаб [30].

Метаболоміка– це наука, що вивчає та аналізує кінцеві й проміжні продукти обміну речовин, вироблені клітиною, тканиною або організмом (походить від терміну «метаболом» – сукупність усіх метаболітів у конкретній клітині, органі чи організмі в даний момент часу) [9].

Метаболоміка вимірює продукти метаболізму в тканинах або видихуваному повітрі та потенційно відображає взаємодію геному з довкіллям при БА. Нещодавно вчені дійшли висновку, що леткі органічні сполуки, переважно алкани, у видихуваному повітрі є перспективними біомаркерами діагностики БА [31]. Дослідження метаболітів у видихуваному повітрі («бресоміка»– від терміну «breath», що означає дихання) особливо цікавить науковців, оскільки метод неінвазивний, дає змогу повторно тестувати пацієнтів, щоб оцінити в динаміці постійно мінливий стан дихальних шляхів при БА [17].

Докази, отримані на основі метаболоміки, підтвердили на молекулярному рівні наявність виразного фенотипу БА, пов’язаного з ожирінням [21]. Метаболоміка також допомогла встановити кандидатів на біомаркери для визначення тяжкості БА та резистентності до стероїдів [28]. Однак необхідні додаткові дослідження для стандартизації методики визначення обміну речовин при БА [17].

Незважаючи на те що зацікавлення «омік»-технологіями зростає, деякі обмеження все ще перешкоджають їхньому широкому клінічному застосуванню. Жодне з проведених досліджень в «омік»-галузях не було переведене в клінічну практику [9]. Більшість цих досліджень описують стан біологічної системи в певний момент часу і не відображають еволюцію експресії генів [17]. Необхідні широкомасштабні дослідження та специфічні рандомізовані клінічні випробування, для того щоб виявити реальну клінічну користь та застосовувати результати «омік»-технологій як біомаркерів та прогностичних факторів.

Також перспективним буде дослідження взаємодії різних біомаркерів, що важливо для кращого розуміння прогресування БА та оцінки можливого негативного впливу певних видів лікування. Значну допомогу в досягненні цієї мети дасть застосування математичних моделей, які враховуватимуть взаємодію певних біомаркерів. Проте, на жаль, ці багатообіцяючі дослідження ще далекі від застосування для вивчення БА [9].

Актуальним завданням в «еру оміків» є переведення з теоретичної в практичну площину того величезного обсягу даних, що надходять з вищезазначених «омік»-досліджень [32]. Маємо надію, що це відбудеться в недалекому майбутньому й відкриє нові горизонти в діагностиці та лікуванні БА.

Список літератури

1. Меркулова А. GINA 2017: что нового? Пульмонологія. Алергологія. Риноларингологія. 2017. № 1 (38). С. 23-24.

2. Фещенко Ю. І. Лечение бронхиальной астмы: заглянем в будущее. Здоров’я України. Вересень 2015. С. 5-6.

3. Bostantzoglou C., Delimpoura V., Samitas K. et al. Clinical asthma phenotypes in the real world: opportunities and challenges. Breathe. 2015. № 11. Р. 186-193.

4. Breton C. V., Byun H., Wang X. et al. DNA Methylation in the Arginase–Nitric Oxide Synthase Pathway Is Associated with Exhaled Nitric Oxide in Children with Asthma. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2011. Vol. 184, № 2. P. 191-197.

5. Charriot J., Vachier I., Halimi L. et al. Future treatment for asthma. Eur. Respir. Rev. 2016. № 25. Р. 77-92. DOI:10.1183/16000617.0069-2015.

6. Chiappori A., De Ferrari L., Folli C. et al. Biomarkers and severe asthma: a critical Appraisal. Clin. Mol. Allergy. 2015. № 13. Р. 20-31. DOI:10.1186/s12948-015–0027-7.

7. Corren J., Busse W., Meltzer E. O. et al. Arandomized, controlled, phase 2 study of AMG 317, an IL-4Ralfa antagonist, in patients with asthma. Am J Respir Crit Care Med. 2010. № 181. P. 788-796.

8. Dе Ferrari L., Chiappori A., Bagnasco D. et al. Molecular phenotyping and biomarker development: are we on our way towards targeted therapy for severe asthma? Expert Review of Respiratory Medicine. 2016. № 10 (1). Р. 29-38. DOI:10.1586/17476348.2016.1111763.

9. Galeone C., Scelfo C., Bertolini F. et al. Precision Medicine in Targeted Therapies for Severe Asthma: Is There Any Place for «Omics» Technology? Biomed. Res. Int. 2018. № 4617565. DOI:10.1155/2018/4617565.

10. Global Initiative for Asthma-2018. Global strategy for asthma management and prevention. Online available: http://ginasthma.org/2018-gina-report-global-strategy-for-asthma-management-and-prevention/ (Updated 2018).

11. Hanania N. A., Wenzel S., Rosen K. et al. Exploring the effects of Omalizumab in allergic asthma. Аn analysis of biomarkers in the EXTRA study. Am J Respir Crit Care Med. 2013. № 187. P. 804-811.

12. Kane B., Fowler S., Niven R. Refractory asthma – beyond step 5, the role of new and emerging adjuvant therapies. Chronic Respiratory Disease. 2015. Vol. 12 (1). Р. 69-77.

13. Katial R. K., Bensch G. W., Busse W. W. et al. Changing Paradigms in the Treatment of Severe Asthma: The Role of Biologic Therapies. J. Allergy Clin. Immunol. Pract. 2017. № 5. Р. S1–S14.

14. Khaitov M. R., Gaisina A. R., Shilovskiy I. P. et al. The Role of Interleukin-33 in Pathogenesis of Bronchial Asthma. New Experimental Data. Biochemistry. 2018. Vol. 83, No 1. P. 13-25.

15. Kleniewska P., Pawliczak R. The participation of oxidative stress in the pathogenesis of bronchial asthma. Biomed Pharmacother. 2017. № 94. P. 100-108. DOI:10.1016/j.biopha.2017.07.066.

16. Kontakioti E., Domvri K., Papakosta D., Daniilidis M. HLA and asthma phenotypes/endotypes: A review. Human Immunology. 2014. Vol. 75, № 8. P. 930-939.

17. Kuruvilla M. E., Lee F. E.-H., Lee G. B. Understanding Asthma Phenotypes, Endotypes, and Mechanisms of Disease. Clinical Reviews in Allergy & Immunology. 2018. 15 pages. https://doi.org/10.1007/s12016-018–8712-1

18. Lai T., Wang S., Xu Z. et al. Long-term efficacy and safety of omalizumab in patients with persistent uncontrolled allergic asthma: a systematic review and meta-analysis. Sci. Rep. 2015. № 5. Р. 81-91. DOI:10.1038/srep08191.

19. Liang L., Willis-Owen S.A.G., Laprise C. et al. An epigenome-wide association study of total serum immunoglobulin Е concentration. Nature. 2015. Vol. 520, № 7549. P. 670-674.

20. Lovinsky-Desir S., Miller R. L. Epigenetics, asthma, and allergic diseases: A review of the latest advancements. Current Allergy and Asthma Reports. 2012. Vol. 12, № 3. P. 211-220.

21. Maniscalco M., Paris D., Melck D. J. et al. Coexistence of obesity and asthma determines a distinct respiratory metabolic phenotype. J Allergy Clin Immunol. 2017. № 139(5). P. 1536-47.e5.

22. Marcello C., Carlo L. Asthma phenotypes: the intriguing selective intervention with Montelukast. Asthma Res. Pract. 2016. № 2. Р. 11-15.

23. Mauri P., Riccio A. M., Rossi R. et al. Proteomics of bronchial biopsies: galectin-3 as a predictive biomarker of airway remodelling modulation in omalizumab treated severe asthma patients. Immunol Lett. 2014. № 162 (1 Pt A). P. 2-10.

24. Menzella F., Lusuardi M., Galeone C., Zucchi L. Tailored therapy for severe asthma. Multidisciplinary Respiratory Medicine. 2015. № 10. Р. 1-8.

25. O’Neil S.E., Sitkauskiene B., Babusyte A. et al. Network analysis of quantitative proteomics on asthmatic bronchi: Effects of inhaled glucocorticoid treatment. Respiratory Research. 2011. Vol. 12, article № 124.

26. Panganiban R. P., Wang Y., Howrylak J. et al. Circulating microRNAs as biomarkers in patients with allergic rhinitis and asthma. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 2016. Vol.137, № 5. P. 1423-1432.

27. Park H.-W., Dahlin A., Tse S. et al. Genetic predictors associated with improvement of asthma symptoms in response to inhaled corticosteroids. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 2014. Vol. 133, № 3. P. 664–e5.

28. Park Y. H., Fitzpatrick A. M., Medriano C. A., Jones D. P. High resolution metabolomics to identify urine biomarkers in corticosteroid-resistant asthmatic children. J Allergy Clin Immunol. 2017. № 139(5). P. 1518-24.e4.

29. Piper E., Brightling C., Niven R. et al. A phase II placebo-controlled study of tralokinumab in moderate-to-severe asthma. Eur Resp J. 2013. № 41. P. 330-338.

30. Riccio A. M., Mauri P., De Ferrari L. et al. Galectin-3: an early predictive biomarker of modulation of airway remodeling in patients with severe asthma treated with omalizumab for 36 months. Clinical and Translational Allergy. 2017. Vol. 7, № 1.

31. Rufo J. C., Madureira J., Fernandes E. O., Moreira A. Volatile organic compounds in asthma diagnosis: a systematic review and meta-analysis. Allergy. 2016. № 71(2). P. 175-188.

32. Scelfo C., Galeone C., Bertolini F. et al. Towards precision medicine: The application of omics technologies in asthma management. F1000Research. 2018. № 7:423. 8 pages. doi: 10.12688/f1000research.14309.2

33. Trivedi A., Pavord I. D., CastroM. Bronchial thermoplasty and biological therapy as targeted treatments for severe uncontrolled asthma. Lancet Respir. Med. 2016. № 4 (7). Р. 585-592. DOI:10.1016/S2213-2600(16)30018-2.

34. Wenzel S., Wilbraham D., Fuller R. et al. Effect of an interleukin-4 variant on late phase asthmatic response to allergen challenge in asthmatic patients: results of two phase 2a studies. Lancet. 2007. № 370. P. 1422-1431.

Эволюция фенотипов бронхиальной астмы: от Th2-типов до «омик»-технологий

Р. И. Яцишин, В. Я. Каминский, Н. В. Чернюк, П. Р. Герыч
ГВУЗ «Ивано-Франковский национальный медицинский университет»

Резюме

Бронхиальная астма – это серьезная глобальная проблема здравоохранения. В настоящее время лечение тяжелой бронхиальной астмы, которая не поддается традиционной терапии, сосредотачивается на адаптации к особым фенотипам. Предложено много различных подходов для их выделения, но основными из этих подходов являются два: оценка клинико-биологических параметров и кластерный анализ. Согласно GINA-2018 выделено 5 фенотипов бронхиальной астмы. В последнее время внимание ученых сосредоточено на новых технологиях, которые называются «омики». «Омик»-подходы помогут персонифицированной медицине определять биомаркеры и правильно подбирать терапию для соответствующего клинического фенотипа.

Ключевые слова: бронхиальная астма, фенотип, генотип, биомаркеры, «омик»-подходы, персонифицированная медицина.

Evolution of bronchial asthma phenotypes: from Th2-types to «omics»-technologies

R. I. Yatsyshyn, V. Ya. Kaminskyi, N. V. Chernyuk, P. R. Gerych
Ivano-Frankivsk National Medical University

Abstract

Bronchial asthma is a serious global health problem. Currently, the treatment of severe asthma, which does not respond to conventional therapy, focuses on adaptation to specific phenotypes. Many different approaches for their identification have been proposed, but the main of these approaches are two – assessment of clinical and biological parameters and cluster analysis. According to the GINA-2018, 5 phenotypes of asthma are determined. Recently, the attention of scientists is focused on new technologies, which are called «omics». «Omics» approaches will help personalized medicine to identify biomarkers and correctlyselect the therapy for the corresponding clinical phenotype.

Key words: bronchial asthma, phenotype, genotype, biomarkers, «omics»-approaches, personalized medicine.